Struktura DNA: rysy, schéma. Jaká je struktura molekuly DNA?

19. 6. 2019

DNA je univerzálním zdrojem a správcem dědičných informací, který je zaznamenáván pomocí speciální sekvence nukleotidů, určuje vlastnosti všech živých organismů.

dna struktura

Předpokládá se, že průměrná molekulová hmotnost nukleotidu je 345 a počet nukleotidových zbytků může dosáhnout několika set, tisíců a dokonce i milionů. DNA v jeho objemu je v jádrech buněk. Některé se vyskytují v chloroplastů a mitochondriích. Nicméně, DNA jádra buňky není jedna molekula. Skládá se z mnoha molekul, které jsou rozloženy na různých chromozomech, jejich počet se mění v závislosti na organismu. To jsou strukturální rysy DNA.

Historie zjišťování DNA

Struktura a funkce DNA objevily James Watson a Francis Crick, v roce 1962 dokonce získali Nobelovu cenu.

dna struktura a funkce

Ale poprvé objevil nukleových kyselin Švýcarský vědec Friedrich Johann Miescher, který pracoval v Německu. V roce 1869 studoval živočišné buňky - leukocyty. Aby je získal, použil obvazy s hnisem, který dostal od nemocnic. Pan promyl leukocyty z hnisu a extrahoval z nich bílkoviny. V průběhu těchto studií vědec dokázal zjistit, že v bílkovinách je kromě bílkovin i něco jiného, ​​v té době nějaká neznámá substance. Byl to vláknitý nebo vločkovitý sediment, který vynikal, pokud vytvoříte kyselé prostředí. Sraženina se okamžitě rozpustí při přidání alkalického činidla.

Jaká je struktura molekuly DNA?

Vědec, který použil mikroskop, zjistil, že když jsou leukocyty promyty kyselina chlorovodíková z buněk zůstává jádro. Pak dospěl k závěru, že v jádru je jádro, které nazval nuclein (jádro znamená jádro).

Po provedení chemické analýzy Misher zjistil, že nová látka obsahuje uhlík, vodík, kyslík a fosfor. V té době se o organických sloučeninách fosforu dostalo jen málo, takže se Frederick rozhodl, že objevil novou třídu sloučenin nalezených v buněčném jádru.

Tak, v 19. století, byla objevena existence nukleových kyselin. V té době však nikdo nemohl ani přemýšlet o důležité roli, která jim patří.

Podstata dědičnosti

Struktura DNA byla i nadále zkoumána a v roce 1944 skupina bakteriologů pod vedením Oswalda Avery získala důkaz, že tato molekula si zaslouží vážnou pozornost. Vědec, který se již mnoho let zabýval studiem pneumokoků, organismů, které způsobily pneumonii nebo plicní onemocnění. Avery provedl experimenty smícháním pneumokoků způsobujících onemocnění s těmi, které jsou pro živé organismy bezpečné. Za prvé, onemocnění buněk bylo zabito a pak byly přidány k těm, které nezpůsobují onemocnění.

Výsledky výzkumu zasáhly všechny. Byly tam takové živé buňky, které se po interakci s mrtvými naučily způsobit onemocnění. Vědec zjistil povahu látky, která je zapojena do procesu přenosu informací z živých buněk z mrtvých. DNA molekula a ukázala se, že je tato látka.

dna struktura schématu

Struktura

Takže je třeba pochopit strukturu molekuly DNA. Objev této struktury se stal významnou událostí, která vedla k tvorbě molekulární biologie - nové oblasti biochemie. DNA ve velkém množství se nachází v jádrech buněk, ale velikost a počet molekul závisí na typu organismu. Bylo zjištěno, že jádra savčích buněk obsahují mnoho z těchto buněk, jsou distribuovány na chromozomech, z nichž je 46.

Studie struktury DNA v roce 1924 Felgen poprvé založil svou lokalizaci. Důkazy získané během experimentů ukázaly, že DNA je v mitochondriích (1-2%). Na jiných místech se tyto molekuly nacházejí v virových infekcích, v bazálních tělech, stejně jako ve vejcích některých zvířat. Je známo, že složitější organismus, tím více DNA. Počet molekul v buňce závisí na funkci a obvykle je 1-10%. Nejméně z nich jsou v myocytech (0,2%), více v zárodečných buňkách (60%).

struktura a biologická role dna

Struktura DNA ukázala, že v chromozomech vyšších organismů jsou spojeny s jednoduchými bílkovinami - albuminem, histony a dalšími, které společně tvoří DNP (deoxyribonukleoprotein). Obvykle je velká molekula nestabilní a aby v průběhu vývoje zůstal nedotčený a nezměněn, vzniká takzvaný opravný systém, který se skládá z enzymů - ligázy a nukleáz zodpovědných za "opravu" molekuly.

Chemická struktura DNA

DNA je polymer, polynukleotid sestávající z obrovského počtu (až desítek tisíc milionů) mononukleotidů. Struktura DNA je následující: mononukleotidy obsahují dusíkaté báze - cytosin (C) a thymin (T) - z derivátů pyrimidinu, adeninu (A) a guaninu (G) - z purinových derivátů. Kromě dusíkatých bází molekula člověka a zvířat obsahuje 5-methylcytosin - malou pyrimidinovou bázi. S kyselina fosforečná a deoxyribóza váže dusíkaté báze. Struktura DNA je zobrazena níže.

chemická struktura dna

Pravidla Chargaff

Struktura a biologická role DNA byla studována E. Chargaff v roce 1949. V průběhu svého výzkumu odhalil vzory, které jsou pozorovány při kvantitativním rozložení dusíkatých bází:

  1. ΣT + C = ΣA + G (to znamená, že počet pyrimidinových bází se rovná počtu purinových).
  2. Množství adeninových zbytků je vždy stejné jako množství tyminových zbytků a množství guaninu se rovná cytosinu.
  3. Koeficient specifičnosti má vzorec: G + C / A + T. Například u lidí je 1,5, v býku - 1,3.
  4. Součet "A + C" se rovná součtu "G + T", to znamená, že adenin a cytosin jsou stejně jako guanin a tymin.

Model struktury DNA

To bylo vytvořeno Watson a Creek. Fosfátové zbytky a deoxyribózy se nacházejí podél páteře dvou spirálně zkroucených polynukleotidových řetězců. Bylo zjištěno, že rovinné struktury pyrimidinových a purinových bází jsou umístěny kolmo k ose řetězce a tvoří, jakoby, schody schodiště ve formě spirály. Bylo také zjištěno, že A je vždy spojen s T pomocí dvou vodíkových vazeb a G je připojen k C třemi podobnými vazbami. Tento jev dostal název "princip selektivity a komplementarity".

Úrovně strukturální organizace

Spirálově zakřivený polynukleotidový řetězec je primární struktura, která má specifický kvalitativní a kvantitativní soubor mononukleotidů spojených 3 ', 5'-fosfodiesterovou vazbou. Takže každý z řetězců má 3'-konec (deoxyribóza) a 5'-konec (fosfát). Místa, které obsahují genetické informace, se nazývají strukturní geny.

Dvojitá šroubovice je sekundární struktura. Navíc její polynukleotidové řetězce jsou antiparalelní a jsou spojeny vodíkovými vazbami mezi komplementárními bázemi řetězců. Bylo zjištěno, že na každém otočení této šroubovice je 10 nukleotidových zbytků, její délka je 3,4 nm. Tato struktura je také podporována interakčními silami van der Waals, která jsou pozorována mezi základnami jednoho řetězce, včetně odpudivých a přitahujících komponent. Tyto síly jsou vysvětleny interakcí elektronů v sousedních atomech. Elektrostatická interakce také stabilizuje sekundární strukturu. Objevuje se mezi kladně nabitými histonovými molekulami a záporně nabitým řetězcem DNA.

Terciární struktura je navíjení řetězců DNA na histonech nebo nadvrstvení. Popisuje se pět typů histonů: H1, H2A, H2B, H3 a H4.

Uvádění nukleozomů v chromatinu je kvartérní struktura, takže molekula DNA o délce několika centimetrů může být složena až do 5 nm.

strukturální rysy dna

DNA funkce

Hlavní funkce DNA jsou:

  1. Uchovávání dědičných informací. Sekvence aminokyselin v molekule proteinu se určuje podle pořadí, v němž jsou nukleotidové zbytky umístěny v DNA molekule. Šifruje také veškeré informace o vlastnostech a známkách těla.
  2. DNA je schopna předávat dědičnou informaci nové generaci. To je možné kvůli schopnosti replikovat - samoudvojení. DNA je schopna rozdělit se na dva komplementární řetězce a každá z nich (v souladu se zásadou komplementarity) obnoví původní nukleotidovou sekvenci.
  3. S pomocí DNA je biosyntéza proteinů, enzymů a hormonů.

Závěr

Struktura DNA umožňuje, aby byl strážcem genetických informací, stejně jako je předávat dalším generacím. Jaké jsou vlastnosti této molekuly?

  1. Stabilita To je možné díky glykosidovým, vodíkovým a fosfodiesterovým vazbám, stejně jako mechanismu opravy indukovaného a spontánního poškození.
  2. Možnost replikace. Tento mechanismus umožňuje somatických buněk udržovat diploidní počet chromozomů.
  3. Existence genetického kódu. Při použití postupů translace a transkripce se sekvence bází nalezené v DNA konvertují na sekvenci aminokyselin v polypeptidovém řetězci.
  4. Schopnost genetické rekombinace. Zároveň se vytvářejí nové kombinace genů, které jsou spojeny.

Takže struktura a funkce DNA jí umožňují hrát neocenitelnou roli v organismech živých bytostí. Je známo, že délka 46 molekul DNA v každé lidské buňce je téměř 2 ma počet párů nukleotidů je 3,2 miliardy.